(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
注水システムと、
前記注水システムと連結した飲用水貯留システムと、
前記飲用水貯留システムと連結し、水冷却タンクおよび第１熱電素子を含み、前記第１熱電素子の冷却側が前記水冷却タンクと接触した冷却システムと、
前記飲用水貯留システムと連結し、低温水加熱タンクおよび第２熱電素子を含み、前記第２熱電素子の加熱側が前記低温度水加熱タンクと接触した加熱システムと、
前記注水システム、前記第１熱電素子の加熱側および前記第２熱電素子の冷却側と連結し、前記第１および第２熱電素子に用いる熱交換水システムと、
前記加熱システムと前記冷却システムを接続する排水システムと
を含み、
前記飲用水貯留システムは、多数の孔を含む内蔵オリフィス板によって前記水冷却タンクと区分けして連結されたものであり、
前記熱交換水システムは、独立した熱電素子および熱交換装置を有する前記加熱システムおよび前記冷却システムに連結されている給水器。
【請求項２】
前記注水システムと前記飲用水貯留システムの間に接続された浄水システムをさらに含む請求項１に記載の給水器。
【請求項３】
前記浄水システムが、逆浸透システムである請求項２に記載の給水器。
【請求項４】
前記注水システムが、前記浄水システムと連結した原水注入口を有する請求項２に記載の給水器。
【請求項５】
前記注水システムが、前記熱交換水システムと連結した排水口を有する請求項１に記載の給水器。
【請求項６】
前記注水システムが、前記飲用水貯留システムと連結した純水注入口を有する請求項１に記載の給水器。
【請求項７】
前記排水システムが、前記水冷却タンクと連結した冷水制御弁を有する請求項１に記載の給水器。
【請求項８】
前記加熱システムが、さらに、高温水加熱タンクおよび浸漬型電気ヒーターを含み、前記高温水加熱タンクが前記低温水加熱タンクと連結し、前記浸漬型電気ヒーターが前記高温水加熱タンク内に配置された請求項１に記載の給水器。
【請求項９】
前記排水システムが、前記高温水加熱タンクと連結した熱湯制御弁を有する請求項８に記載の給水器。
【請求項１０】
前記加熱システムが、さらに、前記低温水加熱タンクと前記高温水加熱タンクを接続する圧力平衡管を有し、前記低温水加熱タンクが圧力リリーフ弁を有する請求項８に記載の給水器。
【請求項１１】
前記低温水加熱タンクが、圧力リリーフ弁を有する請求項１に記載の給水器。
【請求項１２】
前記排水システムが、前記飲用水貯留システムと連結した温水制御弁を有する請求項１に記載の給水器。
【請求項１３】
前記第１熱電素子が、
相対する第１表面および第２表面を有し、前記第２表面が第１流体干渉経路を有するベースプレートと、
前記ベースプレートの前記第１表面に取り付けられた少なくとも１つの熱電チップと、前記ベースプレートの前記第２表面に組み立てられ、表面が第２流体干渉経路を有する前記ベースプレートの前記第２表面に面し、前記熱交換水システムと連結した注水口および排水口を有するカバープレートと、
前記カバープレートと前記ベースプレートの間に取り付けられたシールリングと
を含む請求項１に記載の給水器。
【請求項１４】
前記第２熱電素子が、
相対する第１表面および第２表面を有し、前記第２表面が第１流体干渉経路を有するベースプレートと、
前記ベースプレートの前記第１表面に取り付けられた少なくとも１つの熱電チップと、前記ベースプレートの前記第２表面に組み立てられ、表面が第２流体干渉経路を有する前記ベースプレートの前記第２表面に面し、前記熱交換水システムと連結した注水口および排水口を有するカバープレートと、
前記カバープレートと前記ベースプレートの間に取り付けられたシールリングと
を含む請求項１に記載の給水器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水器（water dispenser）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、市販の給水器は、温度制御機能によって２つのカテゴリーに分類される。１つは熱湯‐常温水の２段階タイプであり、もう１つは熱湯‐常温水‐冷水の３段階タイプである。慣例に基づくと、飲用水の温度は、大まかに３つの範囲に分けられる。冷水は、４℃〜８℃の範囲であり、常温水は、室温から５０℃の範囲であり、熱湯は、５０℃から９５℃の範囲である。従来の給水器は、ヒーター（heater）によって水が加熱され、コンプレッサ（compressor）によって水が冷却される。このタイプの給水器は、加熱効率が悪い、使用する冷却剤が環境に優しくない、重い、大きい、騒音や振動の問題といった欠点を有する。
【０００３】
新しいタイプの給水器の中には、例えば、台湾特許第Ｉ２９６４７３号のように、熱電素子（thermoelectric element）を使用して冷水を作るものもある。加熱や冷却を行う時は、熱電素子内の電気キャリア（electrical  carrier）の熱エネルギー移動に依存するだけでよく、機械装置は作動しない。このシステムは、安定性が高く、メンテナンス要求が低いため、小型家電への応用に大変優れている。熱電素子を使用して加熱する場合、冷却側の熱交換メカニズムも設計しなければならない。空気熱交換器は、熱電素子の冷却側にヒートシンクを備え、ファンシステムにより熱を放散する。しかし、空気熱交換システムは、本質的に、流体熱交換システムよりも熱交換効率が低い。熱電素子の２つの側が水冷却タンクと水加熱タンクに直接取り付けられるため、熱電素子が作動している間に、温水タンクの飲用水の加熱と水冷却タンクの飲用水の冷却を同時に行うことができる。しかし、熱電チップの２つの側にある冷却と加熱の条件が不均衡になると、熱電素子は正常に機能しないため、現在、実際の商品はまだ市場で販売されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】台湾特許第Ｉ２９６４７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、熱伝達および熱交換品質が低いという先行文献の欠陥を解決することのできる給水器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態中、給水器は、注水システムと、飲用水貯留システムと、熱交換水システムと、冷却システムと、加熱システムと、排水システムとを含む。飲用水貯留システムは、注水システムと連結する。冷却システムは、水冷却タンクと、第１熱電素子とを含み、飲用水貯留システムと連結する。第１熱電素子の冷却側は、水冷却タンクと接触する。水加熱システムには２つの温度段階がある。第１温度段階水加熱タンクおよび第２熱電素子は、飲用水貯留システムと連結する。第２熱電素子の加熱側は、第１段階水加熱タンクと連結する。熱交換システムは、注水システム、第１熱電素子の加熱側および第２熱電素子の冷却側を接続する。排水システムは、加熱システムと冷却システムを接続する。
【発明の効果】
【０００７】
したがって、本発明の給水器は、独立した冷却システムと加熱システムが水冷却システムを共有するため、安定性と優れた放熱効果を維持し、供給する水の品質を確保することができる。
【０００８】
本発明の上記および他の目的、特徴、および利点をより分かり易くするため、図面と併せた幾つかの実施形態を以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る給水器を示した概略図である。
【図２】本発明の別の実施形態に係る浄水システムを有する給水器を示したものである。
【図３】図２の第１熱電素子を示した概略図である。
【図４】図２の第１熱電素子を示した別の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本発明の実施形態に係る給水器を示した概略図である。図１を参照すると、給水器１０００の実施形態は、注水システム１１００と、飲用水貯留システムＳ１２と、熱交換水システム１２００と、冷却システム１３００と、加熱システム１４００と、排水システム１５００とを含む。飲用水貯留システムＳ１２は、注水システム１１００と連結する。冷却システム１３００は、水冷却タンク１３２０と、第１熱電素子１３１０とを含み、飲用水貯留システムＳ１２と連結する。第１熱電素子１３１０の冷却側は、水冷却タンク１３２０と直接接触する。加熱システム１４００は、低温度水加熱タンク１４２０と、第２熱電素子１４１０とを含み、飲用水貯留システムＳ１２と連結する。第２熱電素子１４１０の加熱側は、低温度水加熱タンク１４２０と直接接触する。第１および第２熱電素子１３１０および１４１０の熱交換水システム１２００は、注水システム１１００と連結し、第１熱電素子１３１０の加熱側および第２熱電素子１４１０の冷却側にも連結する。排水システム１５００は、加熱システム１４００と冷却システム１３００を接続する。
【００１１】
本実施形態の給水器１０００において、第１熱電素子１３１０の冷却側は、冷却システム１３００の水冷却タンク１３２０と接触し、第１熱電素子１３１０の加熱側（放熱側）は、熱交換水システム１２００と連結し、実質的に、第１熱電素子１３１０は、熱交換水システム１２００によって供給された冷水を使用して、加熱側（放熱側）から熱を除去することによって通常機能を維持する。そのため、第１熱電素子１３１０は、環境を維持しつつ、且つ絶え間なく、水冷却タンク１３２０内の水を冷却することができる。また、第２熱電素子１４１０の冷却側も、熱交換水システム１２００と連結し、第２熱電素子１４１０は、熱交換水システム１２００によって供給された冷水を使用して、第２熱電素子１４１０の冷却側に熱を提供することによって通常機能を維持する。加熱システム１４００の低温水加熱タンク１４２０と接触する第２熱電素子１４１０の加熱側を使って、第２熱電素子１４１０は、環境を維持しつつ、且つ絶え間なく、加熱システム１４００の低温水加熱タンク１４２０の水を加熱し、熱湯を生成する。冷却システム１３００および加熱システム１４００は、独立した熱電素子および熱交換装置を有するため、加熱システム１４００の加熱能力は、冷却システム１３００の動作に影響されない。また、冷却システム１３００の冷却能力は、加熱システム１４００の低温水加熱タンク１４２０から大量の熱湯が取り出されても、影響を受けない。
【００１２】
したがって、本実施形態の給水器１０００は、熱湯と冷水の安定した供給を維持し、熱湯と冷水を混ぜることによって常温水を作り出すことができる。さらに、熱電素子は、電気ヒーターやコンプレッサよりも熱交換効率が優れており、低ノイズで、機械損傷がなく、環境にも優しい。熱交換水システム１２００の冷却水の温度を適切に管理することによって、第１熱電素子１３１０および第２熱電素子１４１０は、良好なシステム効率で加熱と冷却を同時に行うことができる。
【００１３】
本実施形態の注水システム１１００は、原水注入口(raw water inlet)１１２０、純水注入口(pure water inlet)１１１０および排水口(drainage outlet)１１３０を水源と接続する。しかし、別の実施形態において、注水システムは、１つまたはそれ以上の種類の水注入口および排水口を含んでもよい。本実施形態の加熱システム１４００は、第２熱電素子１４１０と、低温水加熱タンク１４２０と、高温水加熱タンク１４３０と、浸漬型電気ヒーター(immersion-type electrical heater)１４４０とを有する。本実施形態の熱交換水システム１２００は、熱交換水貯水槽１２１０を有する。本実施形態の排水システム１５００は、冷水制御弁１５３０と、温水制御弁１５２０と、熱湯制御弁１５１０とを有するが、別の実施形態において、排水システムは、２つまたはそれ以上の排水口を有してもよい。冷水制御弁１５３０は、水冷却タンク１３２０と連結する。本実施形態の給水器１０００は、さらに、浄水システム１６００と、複数の水ポンプ１７００と、複数の管路１８００と、複数の制御弁１９００と、複数の水位モニタ１９１０と、複数の温度センサ１９２０とを有する。制御弁１９００は、水路を介して水流を制御し、水ポンプ１７００は、加圧により水を輸送する。以下、上述した構成要素間の接続、およびいくつかの構成要素の詳しい構造について説明する。
【００１４】
外部の純水注入口１１１０は、管路１８００および制御弁１９００を介して、飲用水貯留システムＳ１２に連結する。純水注入口１１１０を流れて運び込まれた水は、給水器１０００の中に入る前に浄化される。原水注入口１１２０は、管路１８００および制御弁１９００を介して熱交換水貯水槽１２１０に直接連結する。原水注入口１１２０は、管路１８００を介して浄水システム１６００を接続する。原水注入口１１２０は、熱交換水貯水槽１２１０を管路１８００および制御弁１９００と接続する。原水注入口１１２０は、管路１８００を介して飲用水貯留システムＳ１２に連結する。熱交換水貯水槽１２１０に運び込まれた水は、熱交換冷却水の補充と、水温の調整も行う。排水口１１３０は、管路１８００および制御弁１９００を使って熱交換水貯水槽１２１０、水冷却タンク１３２０および高温水加熱タンク１４３０に連結し、熱交換水貯水槽１２１０、水冷却タンク１３２０および高温水加熱タンク１４３０内の水を排水して、清浄と搬送を容易にする。
【００１５】
浄水システム１６００は、注水システム１１００と熱交換水システム１２００の間に設置され、管路１８００と連結する。浄水システム１６００は、逆浸透（reverse osmosis）システムまたは他の種類の浄水システムであってもよい。本発明の浄水システム１６００は、３片式の逆浸透膜式飲用水浄水器であり、綿フィルタ１６１０と、逆浸透フィルタ１６２０と、後置活性炭素フィルタ１６３０とを含む。運び込まれた水は、綿フィルタ１６１０に搬送され、砂や砂粒をろ過してから、制御弁１９００を介して逆浸透フィルタ１６２０に入り、細菌、化合物、重金属などをろ過する。ここで、制御弁１９００は、システム内の水貯留を制御するために使用される。最後に、後置活性炭素フィルタ１６３０を介して異臭を除去して、飲用水浄化プロセスが完了する。逆浸透フィルタ１６２０を介して水ろ過により生じた汚水は、熱交換水貯水槽１２１０に搬送される。
【００１６】
図１の浄水システム１６００を図２の浄水システム２６００に置き換えてもよい。浄水システム２６００は、綿フィルタ２６１０と、活性炭素フィルタ２６２０と、小粒径綿フィルタ２６３０と、逆浸透フィルタ２６４０と、後置活性炭素フィルタ２６５０とを含む。運び込まれた水は、綿フィルタ２６１０、活性炭素フィルタ２６２０および小粒径綿フィルタ２６３０を介して不純物をろ過し、水ポンプ１７００によって逆浸透フィルタ２６４０の中に加圧され、さらに、後置活性炭素フィルタ２６５０に搬送されて異臭を取り除くことによって、さらなる飲用水浄化プロセスが完了する。
【００１７】
熱交換水貯水槽１２１０は、浄水システム１６００によって生じた汚水、または原水注入口１１２０によって運び込まれた水を貯留するために使用される。水位モニタ１９５０は、熱交換水貯水槽１２１０内の水位を検出し、制御弁１９００を制御して、適時に水の補充や排水を行うために使用される。温度センサ１９２０は、熱交換水貯水槽１２１０内の水の温度を検出するために使用される。制御弁１９００は、水温が高すぎる時に、高温の水を排水し、低温の水を補充するよう起動される。
【００１８】
本発明の実施形態において、飲用水貯留システムＳ１２は、内蔵オリフィス板（integral orifice plate）１３２２によって水冷却タンク１３２０から分離される。飲用水貯留システムＳ１２は、浄化された飲用水を貯留するために使用され、浄水システム１６００を管路１８００と接続する。飲用水貯留システムＳ１２は、また、管路１８００および制御弁１９００を介して純水注入口１１１０と連結し、給水器１０００に入る前に処理された浄化済み飲用水を運び込む。水冷却タンク１３２０は、冷水を貯留するために使用される。内蔵オリフィス板１３２２は、多数の孔を含み、飲用水貯留システムＳ１２および水冷却タンク１３２０と連結して、水冷却タンク１３２０への水の補充を容易にするとともに、断熱層として使用して、熱対流が水冷却タンク１３２０によって冷却中の水温分布に影響を与えないようにしてもよい。水位モニタ１９１０は、飲用水貯留システムＳ１２の水位を検出し、さらに、飲用水貯留システムＳ１２の水位を制御弁１９００の開閉によって規制するために使用される。飲用水貯留システムＳ１２は、水補充カバープレート１３２４を有し、外部の飲用水を追加する時に開けたり、飲用水貯留システムＳ１２内の飲用水の純度を保護するために閉めたりすることができる。飲用水貯留システムＳ１２は、管路１８００を介して低温水加熱タンク１４２０と連結することによって、低温水加熱タンク１４２０が加熱用の飲用水を補充できるようにし、飲用水貯留システムＳ１２の水位モニタ１９１０を共有して部品の数を節減する。飲用水貯留システムＳ１２と低温水加熱タンク１４２０を連結する管路１８００は、温水を提供するために温水制御弁１５２０にも連結する。
【００１９】
第１熱電素子１３１０は、水冷却タンク１３２０に取り付けられる。図３および図４を参照すると、本実施形態の第１熱電素子１３１０は、ベースプレート１３１２と、少なくとも１つの熱電チップ１３１４と、カバープレート１３１６と、シールリング（seal ring）１３１８とを含む。本実施形態は、例えば、２つの熱電チップ１３１４を含むが、１つまたはそれ以上であってもよい。さらに、図３において、わかりやすく説明するために同時に２つの視角のベースプレート１３１２を示しているが、ベースプレート１３１２は、実際には１つである。ベースプレート１３１２は、互いに向かい合う第１表面１３１２Ａと第２表面１３１２Ｂを有する。第２表面１３１２Ｂは、第１流体干渉経路（flow interference channel）１３１２Ｃを有する。熱電チップ１３１４は、ベースプレート１３１２の第１表面１３１２Ａに取り付けられ、水冷却タンク１３２０と直接接触する。カバープレート１３１６は、ベースプレート１３１２の第２表面１３１２Ｂに組み立てられる。第２表面１３１２Ｂに面するカバープレート１３１６の表面は、第２流体干渉経路１３１６Ａを有する。カバープレート１３１６は、また、熱交換水システム１２００と連結する水注入口１３１６Ｂおよび水排水口１３１６Ｃを有する。シールリング１３１８は、カバープレート１３１６とベースプレート１３１２の間に取り付けられる。ベースプレート１３１２およびカバープレート１３１６の材料は、銅やアルミナ等の高熱伝導率を有するものが好ましい。ベースプレート１３１２およびカバープレート１３１６は、ネジまたはその他の手段で固定されてもよい。シールリング１３１８は、冷却水が外にこぼれないようにカバープレート１３１６とベースプレート１３１２の間の空間を密閉するために使用される。第１流体干渉経路１３１２Ｃおよび第２流体干渉経路１３１６Ａは、冷却水の揺動(fluctuation)を増やすことによって、熱交換効率を増加させることができる。
【００２０】
ベースプレート１３１２、カバープレート１３１６および内部冷却水は、熱電チップ１３１４の加熱側と熱交換を行い、熱電チップ１３１４の不良により生じる高温を防止する。通常の操作状況では、水冷却タンク１３２０の温度は、熱電チップ１３１４によって下げられる。水冷却タンク１３２０内の水温は、温度センサ１９２０によって監視され、熱電チップ１３１４のオン／オフを制御する。水注入口１３１６Ｂは、水ポンプ１７００、管路１８００および制御弁１９００を介して熱交換水貯水槽１２１０と連結し、熱交換水を運び込む。水排水口１３１６Ｃは、管路１８００を介して熱交換水貯水槽１２１０と連結し、冷水を熱交換水貯水槽１２１０に送り出して再利用する。
【００２１】
第２熱電素子１４１０は、低温水加熱タンク１４２０に外付けされる。第２熱電素子１４１０の構成は、第１熱電素子１３１０と同じであるため、ここでは繰り返し説明しない。第２熱電素子１４１０の冷却側は、水ポンプ１７００、管路１８００および制御弁１９００を介して熱交換水貯水槽１２１０と連結する。第２熱電素子１４１０の冷却側の温度を上げることによって、第２熱電素子１４１０の熱交換効率を上げる。通常操作では、第２熱電素子１４１０の加熱側を利用して低温水加熱タンク１４２０の温度を上げることによって、加熱効果を得ることができる。第２熱電素子１４１０の冷却側も、熱交換水貯水槽１２１０と管路１８００を連結する。熱交換水は、熱交換水貯水槽１２１０に送り出されて、再利用される。低温水加熱タンク１４２０内の水温は、温度センサ１９２０によって監視され、熱電チップ１３１４のオン／オフを制御する。制御弁１９００および管路１８００は、低温水加熱タンク１４２０と高温水加熱タンク１４３０を連結し、高温水加熱タンク１４３０内の飲用水を補充する。低温水加熱タンク１４２０は、圧力リリーフ弁（pressure relief valve）１４２２を有し、低温水加熱タンク１４２０内の圧力の均衡を保つ。
【００２２】
高温水加熱タンク１４３０は、低温水加熱タンク１４２０から熱湯が作り出された後の第２加熱段階である。浸漬型電気ヒーター１４４０は、熱源として、高温水加熱タンク１４３０内に配置される。第２熱電素子１４１０の加熱能力係数が１．０以下の時、浸漬型電気ヒーター１４４０を用いてより高温の熱湯を作る。温度センサ１９２０は、高温水加熱タンク１４３０内に設置され、浸漬型電気ヒーター１４４０のオン／オフを制御する。水位モニタ１９１０も高温水加熱タンク１４３０内に設置され、低温水加熱タンク１４２０と連結した制御弁１９００の開閉を制御する。加熱システム１４００は、例えば、圧力平衡管１４５０をさらに有する。圧力平衡管１４５０は、低温水加熱タンク１４２０および高温水加熱タンク１４３０と連結し、低温水加熱タンク１４２０の圧力リリーフ弁１４２２を用いて、高温水加熱タンク１４３０内の圧力の均衡を保つ。高温水加熱タンク１４３０は、管路１８００を介して熱湯制御弁１５１０と連結し、熱湯を提供する。
【００２３】
以上のように、本発明の給水器は、冷却システムと加熱システムがそれぞれの熱電素子を用いて冷却処理と加熱処理を独立して行う。さらに、冷却システムと加熱システムは熱交換水システムを共有するため、安定し、且つ優れた飲用水の温度制御を維持することができる。
【００２４】
以上のごとく、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００２５】
１０００  給水器
１１００  注水システム
１１１０  純水注入口
１１２０  原水注入口
１１３０  排水口
１２００  熱交換水システム
１２１０  熱交換水貯水槽
１３００  冷却システム
１３１０  第１熱電素子
１３１２  ベースプレート
１３１２Ａ  第１表面
１３１２Ｂ  第２表面
１３１２Ｃ  第１流体干渉経路
１３１４  熱電チップ
１３１６  カバープレート
１３１６Ａ  第２流体干渉経路
１３１６Ｂ  水注入口
１３１６Ｃ  水排水口
１３１８  シールリング
１３２０  水冷却タンク
１３２２  内蔵オリフィス板
Ｓ１２  飲用水貯留システム
１３２４  水補充カバープレート    
１４００  加熱システム
１４１０  第２熱電素子
１４２０  低温水加熱タンク
１４２２  圧力リリーフ弁
１４３０  高温水加熱タンク
１４４０  浸透型電気ヒーター
１４５０  圧力平衡管
１５００  排水システム
１５１０  熱水制御弁
１５２０  温水制御弁
１５３０  冷湯制御弁
１６００、２６００  浄水システム
１６１０、２６１０  綿フィルタ
１６２０、２６４０  逆浸透フィルタ
１６３０、２６５０  後置活性炭素フィルタ
２６２０  活性炭素フィルタ
２６３０  小粒径綿フィルタ
１７００  水ポンプ
１８００  管路
１９００  制御弁
１９１０  水位モニタ
１９２０  温度センサ
【図１】
0005563627.tif 000002
【図２】
0005563627.tif 000003
【図３】
0005563627.tif 000004
【図４】
0005563627.tif 000005